礦井通風(fēng)是保證井工生產(chǎn)的基本條件，而礦井通風(fēng)機(jī)則是實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)合理通風(fēng)的主要手段和設(shè)備。由于礦井生產(chǎn)的特殊性，決定了通風(fēng)機(jī)功率大，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，耗電量大。據(jù)某礦務(wù)局統(tǒng)計(jì)，全局11對(duì)礦井共有通風(fēng)井13個(gè)，裝備主扇風(fēng)機(jī)27臺(tái)，總裝機(jī)額定功率11 400 kW，全局主扇耗電量占原煤生產(chǎn)耗電量的28. 2 ，平均效率在50左右，低的只有10.由上述數(shù)據(jù)可見(jiàn)，礦井主扇風(fēng)機(jī)的電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重，究其原因很多，有礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性和主扇風(fēng)機(jī)特性不匹配的問(wèn)題，有主扇設(shè)備型號(hào)老舊、性能落后的問(wèn)題，有礦井通風(fēng)阻力過(guò)大的問(wèn)題，有漏風(fēng)損失嚴(yán)重的問(wèn)題，但主要原因還是由于風(fēng)機(jī)能力過(guò)大，造成了大馬拉小車的現(xiàn)象，新建礦井尤為嚴(yán)重。圍繞節(jié)能改造，許多單位采取了各種各樣的辦法，但效果都不太明顯，因此，研究節(jié)能有效途徑，改造現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)煤炭行業(yè)減虧增盈、提益意義重大。本文介紹的變頻技術(shù)，是降低煤礦電耗的有效途徑之一。
1變頻技術(shù)節(jié)能原理在礦井風(fēng)機(jī)選型時(shí)，額定風(fēng)量通常都超過(guò)礦井實(shí)際所需的風(fēng)量，大多數(shù)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)根據(jù)工藝要求不斷地調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓，通常調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓的方法有兩種：一種是控制輸出、輸入端的風(fēng)門開(kāi)度，一種是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前采用擋板或閥門來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法較為普遍，這種方法雖然投資少、控制簡(jiǎn)單，但由于人為地增加了通風(fēng)阻力，因而造成電能的大量浪費(fèi)，如果設(shè)想將這種方式改變成通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)量，使電機(jī)的耗電量隨著負(fù)荷大小而變化，則可達(dá)到節(jié)能的目的，這也是變頻技術(shù)的核心所在。
1. 1風(fēng)機(jī)參數(shù)及特性曲線電機(jī)軸功率P、風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q和風(fēng)壓H之間的關(guān)系如下：風(fēng)機(jī)的特性曲線如圖1所示。圖中標(biāo)出了以擋板開(kāi)度表示的阻力曲線。
從流體力學(xué)原理可知，用轉(zhuǎn)速控制風(fēng)機(jī)張少春秦喜文利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能時(shí)，風(fēng)量、風(fēng)壓及電機(jī)軸功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系可表述為：式中n――轉(zhuǎn)速。
上式的含義即為：風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。
1. 2風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能原理分析設(shè)圖1中N為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的Q _ H曲為擋板全開(kāi)時(shí)阻力曲線，其焦點(diǎn)A即為該風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。
用擋板控制時(shí)，由于要減小風(fēng)量，擋板開(kāi)度變小，使擋板阻力變大，阻力曲線從T移到T 1，風(fēng)壓從H上升到H 1，風(fēng)量從Q減小到Q 1，運(yùn)行工況點(diǎn)隨之從A點(diǎn)移到B點(diǎn)。
用調(diào)速控制時(shí)，擋板全開(kāi)（開(kāi)度T） ，阻力曲線T不變，風(fēng)機(jī)的特性取決于轉(zhuǎn)速，如果把轉(zhuǎn)速?gòu)膎降到n 1，特性曲線也從N移到1，結(jié)果運(yùn)行工況從A點(diǎn)移到A′點(diǎn)，風(fēng)壓從下降到H 2，風(fēng)量從Q減小到Q 1，獲得了同樣的風(fēng)量效果。
求出利用常規(guī)擋板方法時(shí)風(fēng)機(jī)的軸功率為：利用變頻技術(shù)時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率為：也就是說(shuō)用擋板控制時(shí)，獲得同樣的風(fēng)量Q比用變頻技術(shù)時(shí)多耗電ΔPkW，而且由板前后風(fēng)壓差越大，損耗功率越大。風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速與用擋板相比在相同風(fēng)量下，節(jié)電率為：2變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用2. 1使用變頻技術(shù)的某礦井風(fēng)機(jī)有關(guān)參數(shù)風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量： 4266. 77 m主軸轉(zhuǎn)速： 480 rpm電機(jī)容量： kW電機(jī)電壓： 380 V電機(jī)電流： 425 A電機(jī)轉(zhuǎn)速： 495 rpm礦井所需風(fēng)量： 1 530 m 2. 2所用變頻裝置有關(guān)參數(shù)主電源：三相，電壓380 V基波功率因數(shù)，額定值時(shí)0. 98總功率因數(shù)，額定值時(shí) 0. 95電機(jī)聯(lián)接：電源，三相0～所需的供電電壓頻率， 0～所需的供電頻率頻率分辨率， 0. 01 Hz環(huán)境溫度， 0～40℃冷卻方式，集中式風(fēng)冷相對(duì)濕度， 95不結(jié)霜標(biāo)準(zhǔn)性能：數(shù)據(jù)顯示輸出頻率、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出電壓、中間回路直流電壓、散熱器溫度、電機(jī)功率、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、操作時(shí)間、電能計(jì)量、參數(shù)設(shè)定、報(bào)警及故障信息。
電機(jī)電流調(diào)節(jié)：自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償：可編程其它：遠(yuǎn)程控制及顯示3使用效果分析使用變頻調(diào)速技術(shù)前后的各參數(shù)如表1.
張少春秦喜文利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速風(fēng)量全壓電機(jī)電壓電機(jī)電流有功功率無(wú)功功率運(yùn)行頻率變頻調(diào)速前變頻調(diào)速后由表1及現(xiàn)場(chǎng)觀察，變頻技術(shù)有下列優(yōu)點(diǎn)：3. 1改善了電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量使用變頻調(diào)速技術(shù)，明顯改善了電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了*意義上的軟起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)，只需按下起動(dòng)鍵，電源頻率便自動(dòng)由0 Hz以0. 1 Hz的分辨頻率上升到給定頻率，電機(jī)便由0轉(zhuǎn)速逐漸平穩(wěn)地加速到給定頻率的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速，在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中輸出頻率、輸出電流、輸出電壓、輸出轉(zhuǎn)矩在控制下平滑地增加，因此沒(méi)有工頻起動(dòng)時(shí)過(guò)大的起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保證了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
3. 2減小機(jī)械沖擊變頻調(diào)速減小了機(jī)械沖擊，提高了設(shè)備的使用壽命。變頻起動(dòng)時(shí)，因電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩是隨頻率的平滑增加而增加，因而沒(méi)有工頻起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)械零部件的沖擊和損傷。
3. 3經(jīng)濟(jì)效益顯著變頻節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益顯著。使用變頻技術(shù)后年節(jié)變電量1. 03 M W？ h，年節(jié)電費(fèi)25. 8萬(wàn)元，不到一年時(shí)間就收回了全部設(shè)備投資。
3. 4具有可編程功能變頻技術(shù)具有可編程功能，運(yùn)行參數(shù)可以根據(jù)礦井不同服務(wù)期內(nèi)所需風(fēng)量的實(shí)際要求而隨時(shí)調(diào)節(jié)，以達(dá)到供需平衡的目的。
3. 5操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠變頻起動(dòng)簡(jiǎn)單，不需像工頻起動(dòng)那樣將外立風(fēng)門關(guān)閉，等起動(dòng)完成后再將風(fēng)門打開(kāi)，只需按下起動(dòng)鍵風(fēng)門在任何位置均可起動(dòng)，而且能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。同時(shí)，變頻運(yùn)行時(shí)主扇運(yùn)行噪音遠(yuǎn)小于工頻運(yùn)行時(shí)的噪音，減少了噪音污染，改善了主扇運(yùn)行環(huán)境。
需要指出的是利用變頻技術(shù)初期投資大，國(guó)產(chǎn)變頻器質(zhì)量不穩(wěn)定。
4結(jié)論（ 1）變頻技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)節(jié)能效果十分顯著，建議我省煤炭系統(tǒng)在具備條件的礦井積極推廣。
?。?2）盡快提高國(guó)產(chǎn)變頻器的質(zhì)量，以降低變頻器的成本，達(dá)到大面積推廣、節(jié)能降耗的目的。
?。?3）變頻技術(shù)不僅能應(yīng)用于風(fēng)機(jī)節(jié)能，而且也能應(yīng)用于水泵、絞車等連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備的節(jié)能。
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